Астрономия

Наследие Cassini: Сатурн

Шестиугольный вихрь, Большое Белое Пятно и полярные сияния

NASA/JPL

Рассказывая о наследии миссии Cassini, мы не могли не коснуться самого Сатурна — прекрасной окольцованной планеты с 62 спутниками, странным шестиугольником на Севере, белым пятном на боку и множеством других загадок.

Сатурн — это последняя из «больших» планет, которые известны нам с древности. До XVIII века человечество знало лишь шесть планет, пока сначала Уильям Гершель не открыл Уран, а затем студент Генрих д'Арре не открыл по предсказанию Урбена Леверье Нептун.

Поэтому, в отличие от всех предыдущих «героев» рубрики «Наследие Cassini», у самого Сатурна мы не сможем назвать первооткрывателя. Зато с открытием телескопа Сатурн начали изучать очень активно, но практически про все открытия (колец и спутников) мы уже писали в предыдущих выпусках нашей рубрики.

Наблюдения Сатурна Робертом Гуком

Wikimedia Commons

Интересная история произошла с Сатурном в 1921 году, тогда снова кольца Сатурна повернулись к нам ребром. А дальше случилась традиционная история в стиле «астроном рассказал, что кольца Сатурна исчезли в телескопе», «кольца Сатурна исчезли совсем», «кольца Сатурна отвалились, их обломки летят к Земле и нас погубят». Но обошлось.

Итак, что же было известно о Сатурне на середину прошлого века? Это вторая по величине планета Солнечной системе: все, кроме Солнца и Юпитера, по сравнению с ним — карлики. Радиус Сатурна в 10 раз больше земного — 60 268 километров. С полюсов он заметно сплюснут: полярный радиус почти на 6000 километров меньше. У Сатурна как минимум 62 спутника, правда, не все из них пока имеют собственные имена.

Сравнительные размеры Сатурна и Земли. Фотомонтаж

NASA

Плотность Сатурна на треть меньше плотности воды: один кубический сантиметр его вещества в среднем «весит» 0,687 грамма. Состоит Сатурн в основном из водорода с примесями гелия, метана и других веществ. Впрочем, планетологи предполагают твердое ядро (вероятно, железно-никелевое), окруженное слоем водорода в особом металлическом состоянии.

Сатурн расположен более чем в девять раз дальше от Солнца, чем Земля: перигелий его орбиты равен 9,048 астрономической единицы, а афелий — 10,116 этой универсальной космической единицы расстояния. Это очень далеко, Солнце там очень тускло. Потому и Cassini в качестве источника энергии использует не солнечные батареи, а РИТЭГ — радиоизотопный термоэлектронный генератор, напрямую преобразующий тепло от распада плутония в электричество.

Конечно же, cущественный прорыв в изучении Сатурна наступил с появлением в его окрестностях космических аппаратов. Первым, в сентябре 1979 года, у Сатурна побывал Pioneer 11. Так мы впервые получили изображения окольцованной планеты с расстояния всего в 20 000 километров.

Снимок, сделанный Pioneer 11

NASA/JPL

Следующим, в ноябре 1980 года, Сатурн посетил Voyager 1, а еще через 9 месяцев, в августе 1981, — Voyager 2. Эти миссии принесли нам первые изображения Сатурна в высоком разрешении, новые спутники Сатурна и много, много новых данных.

Фотомонтаж из снимков Сатурна и спутников, полученных аппаратом Voyager 1

NASA/JPL

Именно Voyager 1 нашел на Северном полюсе Сатурна удивительное образование — шестиугольный вихрь. В деталях его смог рассмотреть и изучить только зонд Cassini, который, конечно же, изучал не только спутники и красивые кольца Сатурна, хотя львиная доля внимания масс-медиа досталась именно этим объектам. Но, конечно же, сатурнианский Гексагон тоже стал гвоздем программы.

Подобные шестиугольники не встречаются больше нигде в Солнечной системе. Ни на одной планете, где есть атмосфера, ничего похожего не наблюдали. Дополнительной интриги добавляло то, что этот шестиугольник находится внутри так называемого аврорального овала, области, где регулярно полыхают полярные сияния (да-да, на Сатурне они тоже есть, и их тоже очень плотно наблюдали с Cassini).

Полярные сияния и шестиугольник в ИК-диапазоне

NASA/JPL

Любопытно, что специалисты из Оксфорда сумели воспроизвести шестиугольник в 30-литровом чане с водой. Этот круглый сосуд, вращаясь, имитировал атмосферу Сатурна. Внутрь экспериментаторы поместили маленькие вращающиеся кольца. Это генерировало миниатюрные вихри и струи, которые физиики сделали видимыми при помощи зеленой краски. Чем быстрее вращалось кольцо, тем больше становились вихри, заставляя близлежащий поток отклоняться от круговой формы. В итоге удалось подобрать такую скорость вихрей, чтобы они образовывали шестиугольник.

Видимо, в полярных широтах Сатурна турбулентные вихри разогнаны до таких скоростей, что формируют устойчивую шестиугольную волну, тоже вращающуюся.

Появляются на Сатурне иногда и Большие Пятна. Речь идет об устойчивых ураганах в Северном полушарии. Конечно, это не Большое Красное Пятно на Юпитере, которое существует уже 300 лет, но тоже неплохо. Правда, оно время от времени исчезает. Вот, посмотрите, как выглядел этот ураган в 2010 году:

Большое Белое Пятно в 2010 году

NASA/JPL

... а вот так — год спустя.

Большое Белое Пятно в 2011, перед исчезновением

NASA/JPL

Позже он исчез, но, возможно, появится вновь в 2020-х годах. Cassini, разумеется, изучал его, отметил, что в белых облаках отсутствует ацетилен и больше фосфина (PH3). Кроме того, наблюдается неожиданное падение температуры в центре белых завихрений. Правда, это совсем не означает, что нам понятна природа этих периодически появляющихся и исчезающих белых вихрей.

Зонд Сassini закончил свою работу в сентябре 2017 года, нырнув и сгорев в плотных облаках планеты-гиганта. В ближайшие годы весь огромный массив данных о Сатурне, его кольцах и спутниках будет осмыслен, систематизирован, изложен далеко не в одной монографии и ляжет в основу новых научных миссий к этой интереснейшей планете.

Подписывайтесь на Indicator.Ru в соцсетях: Facebook, ВКонтакте, Twitter, Telegram, Одноклассники.